前言

本書要介紹 Python程式語言，主要的對象是初學者，不過，就算你已經會寫程式，且想要再學習 Python，這本書也適合你。

本書的節奏不快，會從最基本的開始，一步步帶領你進入更複雜且更多樣的主題。我會

結合食譜與教程的風格來解釋新的名詞與概念，但不會一次說明太多主題。這本書會很

快進入真正的 Python程式，並頻繁地使用它。

雖然本書的目的，是為了介紹這個語言，但我也會加入一些較進階的主題，例如 NoSQL資料庫與訊息傳遞程式庫。之所以選擇它們，是因為它們解決某些問題的能力比標準的

方法優秀。之後你要下載並安裝 Python外部套件，當 Python內建的功能不適合你的應用程式時，瞭解它們會有很大的幫助，且嘗試新事物也是件有趣的事情。

我也會介紹一些不能做的案例，特別是當你曾經寫過其他的語言，想要將那些寫法應用

在 Python上時。我不會假裝 Python是個完美的語言，所以會教你如何避免錯誤。

如果有些東西比較難以理解，或有更適合的 Python 風格的做法，我會像

這樣加入一些提示。

對象

本書適合想要學習逐漸成為世界最受歡迎的程式語言的人，無論你是否曾經學過程式

設計。

vi | 前言

大綱

本書的前七章會解釋 Python的基礎知識，你應該依序閱讀這幾章。之後的章節會說明如何在特定的領域中使用 Python，例如 Web、資料庫、網路等，你可以依你喜歡的順序閱讀。前三個附錄會展示 Python在藝術、商務與科學上的應用。如果你尚未安裝Python 3，接下來你會看到如何安裝它。之後是每章練習題的解答，最後有一些實用的備忘錄。

第一章

程式就像編襪子或烤馬鈴薯的指令。這一章會用一些實際的 Python程式來展示這個語言的外貌、能力，以及在現實世界的用途。Python足以媲美其他的語言，但還是有一些不盡完善的地方。舊版的 Python（Python 2）正逐漸讓位給新版本（Python 3），如果你用的是Python 2的話，請在電腦上安裝 Python 3。請使用互動式解譯器來實驗本書的範例。

第二章

這一章會展示 Python最簡單的資料類型：布林、整數、浮點數，與文字字串。你也會學到基本的數學與文字操作。

第三章

這一章介紹 Python更高層級的內建資料結構：串列、tuple、字典與集合。你可以像樂高積木一樣，用它們來建構更複雜的結構。你會學到如何使用迭代器（iterator）與生成

式來逐一查看它們。

第四章

在第四章，你會結合程式結構與之前幾章提到的資料結構，來做比較、選擇或複製。你

會看到將程式包裝成函式的方法，並且學會使用例外來處理錯誤。

第五章

本章會展示如何將程式擴充為更大型的程式結構：模組、套件與程式。你會在這裡看

到：程式與資料的放置處、進出傳遞資料、處理選項、瀏覽 Python Standard Library，並看看除了它們之外的選項。

第六章

如果你曾經使用其他語言編寫物件導向程式，Python會讓你比較輕鬆。第六章會解釋何時該使用物件與類別，以及何時該使用模組或串列與字典。

前言 | vii

第七章

學習像專家一樣管理資料。本章都在討論文字與二進位資料，也就是 Unicode字元與 I/O可為你帶來的樂趣。

第八章

資料都必須被送往別的地方。在本章中，你會從基本的一般檔案、字典，與檔案系統開

始。接下來，你會看到如何處理常見的檔案格式，例如 CSV、JSON與 XML。你也會看到如何用關聯資料庫來儲存與取出資料，甚至看到一些最近的 NoSQL資料存儲。

第九章

這一章專門討論 Web，包括用戶端、伺服器、資料擷取、API與框架。在第九章，你會使用請求參數與範本來處理一個實際的網站。

第十章

這一章討論核心系統。在這章，你會學習管理程式、流程與執行緒，處理資料與時間，

以及將系統管理工作自動化。

第十一章

這一章的主題是網路：服務、協定與 API。本章的範例包括低階的 TCP通訊端、傳訊程式庫、序列系統，及雲端部署。

第十二章

本章提供一些祕訣給 Python開發人員，包括安裝與使用 IDE、測試、除錯、登入、原始碼控制，及文件化。這一章也會協助你尋找並安裝實用的第三方套件、將你自己的程式

包裝起來，供未來重複使用，並瞭解如何找到更多資訊。祝你好運。

附錄 A

第一個附錄會深入討論 Python在以下領域中扮演的角色：圖形、音樂、動畫，與遊戲。

附錄 B

Python在商務領域中有特定的應用：資料視覺化（繪製、圖表及地圖）、安全與監控。

附錄 C

Python在科學界扮演強大的角色：數學與統計學、物理科學、生物科學，與醫學。附錄C也會提到 NumPy、SciPy與 Pandas。

viii | 前言

附錄 D

如果你尚未在電腦上安裝 Python，這個附錄會教你安裝的方法，無論你用的是Windows、Mac OS/X、Linux或 Unix。

附錄 E

這一章是每章練習題的解答。在你解答之前，不要偷看這個附錄。

附錄 F

這個附錄是可供快速參考的備忘錄。

Python版本程式語言會隨著開發者為它加入新功能與修正錯誤而不斷變化。本書的範例使用 Python 3.3版來編寫與測試。在本書編輯的階段，第 3.4版也被公佈了，所以我會討論它的一些新功能。如果你想要知道 Python被加入什麼，以及何時被加入，可以在 Python的網頁上瀏覽 What’s New in Python（https://docs.python.org/3/whatsnew/）。它是一份技術文

件，對剛要學習 Python的你來說可能有點難懂，但是，如果你將來想要讓你的程式可在安裝各種 Python版本的電腦上運作，這會帶來很大的幫助。

本書編排慣例

本書使用下列的編排規則：

斜體字（Italic）代表新的術語、URL、電子郵件地址、檔案名稱及副檔名。

定寬字（Constant width）用來列舉程式，以及在文章中代表程式的元素，例如變數、函式，及資料類型。

定寬粗體字（Constant width bold）代表要由使用者逐字輸入的指令或其他文字。

定寬斜體字（Constant width italic）代表要換成使用者提供的值，或依上下文而決定的值。

第四章

Py之殼：程式結構

在第一到三章中，你已經看過許多資料的範例，但還沒有認真地使用它們。大多數的範

例程式使用的都是互動式解譯器，而且都很簡短。現在你會看到如何建立 Python 程式

碼結構，而不是只有資料。

許多電腦語言都會使用大括號（{與 }）等字元，或關鍵字（例如 begin與 end）來標記一段程式。在這些語言中，使用一致的縮排是一種良好的做法，如此一來，可讓自己與

其他人更容易閱讀程式。市面上甚至有一些工具可以整齊地排列你的程式。

當 Guido van Rossum在設計 Python語言的前身時，他認為縮排本身已足以定義程式的結構了，所以決定省去輸入所有的括號。Python的不尋常之處，在於它用空白字元來

定義程式結構。這是新人會發現的第一個地方，而且對曾經用過其他語言的人來說，這

看起來可能會有點奇怪。但是當你稍微編寫 Python之後，事實證明，你會感覺很自然，並且再也不會有這種感受。你甚至會習慣以更少的打字次數來做更多事情。

用 #來註解註解是在程式中一段會被 Python解譯器忽略的文字。你可能會用註解來解釋附近的Python程式、提醒自己要在某個時刻修復某個東西，或任何其他你要做的事情。你要用#字元來製作註解，從它之後，直到該行結束前的所有東西，都是註解的一部分。你通常會看到獨立的一行註解，如下所示：

>>> # 60 sec/min * 60 min/hr * 24 hr/day>>> seconds_per_day = 86400

76 | 第四章

或者，被放在註解對象的同一行：

>>> seconds_per_day = 86400 # 60 sec/min * 60 min/hr * 24 hr/day

#字元有很多名稱：hash、sharp、pound，或 sinister-sounding octothorpe1。無論你怎麼

稱呼它 2，它的效果僅止於它的那一行結尾。

Python沒有多行註解。你必須使用 #來明確地開始每一行註解或段落。

>>> #我可以在這裡說任何 Python的壞話，... #因為了不起的井號... #保護著我。...>>>

但是，如果全能的井號被放在文字字串裡面，它的角色會回復成一般的 #字元：

>>> print("No comment: quotes make the # harmless.")No comment: quotes make the # harmless.

用 \來延續多行如果你合理地精簡行數，將會比較容易閱讀程式。我建議每行的字元最長 80個（不一定要如此）。如果你無法在那個長度內說出想說的一切，可使用延續字元：\（反斜線）。你只要在行尾放上 \，Python的動作就會如同它們在同一行一般。

例如，如果我想要用較小的字串來建立一個長字串，可以一步步地做這件事：

>>> alphabet = ''>>> alphabet += 'abcdefg'>>> alphabet += 'hijklmnop'>>> alphabet += 'qrstuv'>>> alphabet += 'wxyz'

我也可以使用延續字元，一次完成：

>>> alphabet = 'abcdefg' + \... 'hijklmnop' + \... 'qrstuv' + \... 'wxyz'

1 就像你身後的那一個八條腿的綠色怪物。

2 不要叫它，不然它可能會再次出現。

Py之殼：程式結構 | 77

如果 Python運算式跨越多行，你也需要使用延續符：

>>> 1 + 2 + File "<stdin>", line 1 1 + 2 + ^SyntaxError: invalid syntax>>> 1 + 2 + \... 36>>>

用 if、elif與 else來比較到目前為止，本書已討論幾乎所有的資料結構了。我們終於要來討論程式結構的最後一

個部分，準備將資料放入程式中（在上一章討論集合的部分，你已經稍微看過它們了，

希望之前沒有造成任何不便）。我們的第一個範例是這個小型的 Python程式，它會檢查布林變數 disaster的值，並印出對應的文字：

>>> disaster = True>>> if disaster:... print("Woe!")... else:... print("Whee!")...Woe!>>>

if與 else這幾行是檢查某個條件是否為 True的 Python 陳述式（在這裡是 disaster的值）。請記得，print()是 Python的內建函式，它可以印出東西，通常會印在你的螢幕上。

如果你曾經寫過其他的語言，注意你不需要在使用 if做測試時加上括號。

不要說 if (disaster == True)之類的話。但你必須在結尾使用冒號（:）。

如果你跟我一樣，有時會忘記輸入冒號，Python會顯示錯誤訊息。

在測試式底下的每一行 print()都要縮排。我使用四個空格來縮排每一個小段落。雖然你可以使用任何縮排型式，但 Python預期同一段落的程式會使用一致的格式—每一行都必須縮進相同的格數，對齊左邊。建議的格式是使用四個空格，稱為 PEP-8（http://

bit.ly/pep-8）。不要使用 tab，或混合使用 tab與空格，它會攪亂縮排格數。

78 | 第四章

我們在這裡做了很多事情，接下來會完整解釋它們：

• 將布林值 True指派給變數 disaster。

• 使用 if與 else來執行條件比較，根據 disaster的值來執行不同的程式。

• 呼叫 print()函式來印出一些文字

你可以在測試項中加入測試項，依照你的需要來使用任意的階層數目：

>>> furry = True>>> small = True>>> if furry:... if small:... print("It's a cat.")... else:... print("It's a bear!")... else:... if small:... print("It's a skink!")... else:... print("It's a human. Or a hairless bear.")...It's a cat.

在 Python 中，縮排會決定 if與 else段落的配對方式。我們的第一個測試式會檢查furry。因為 furry是 True，Python會前往縮排的 if small測試式。因為我們將 small設為 True，if small相當於 True。這可以讓 Python執行下一行，並印出 It's a cat。

如果你有三個以上的可能性需要測試，可使用 if、elif（意思是 else if）與 else：

>>> color = "puce">>> if color == "red":... print("It's a tomato")... elif color == "green":... print("It's a green pepper")... elif color == "bee purple":... print("I don't know what it is, but only bees can see it")... else:... print("I've never heard of the color", color)...I've never heard of the color puce

在上述範例中，我們使用 ==運算子來測試相等與否。Python的比較運算子有：

相等 ==不相等 !=小於 <

Py之殼：程式結構 | 79

小於等於 <=大於 >大於等於 >=成員資格 in...

它們會回傳布林值 True或 False。我們來看它們是如何動作的，但是在一開始，我們先賦值給 x：

>>> x = 7

現在，我們來測試一些東西：

>>> x == 5False>>> x == 7True>>> 5 < xTrue>>> x < 10True

注意，兩個等號（==）的用途是測試相等與否，一個等號（=）是將值指派給變數。

如果你需要同時做多個比較，可使用布林運算子 and、or與 not來求出最後的布林結果。

布林運算子的優先順序比它們要比較的程式段落還要低。也就是說，程式段落會先被計

算，再做比較。在這個範例中，因為我們將 x設為 7，所以 5 < x會被算出 True，且 x < 10也是 True，所以我們最後得到 True and True：

>>> 5 < x and x < 10True

如同第 25頁的“優先順序”所說的，要避免搞不清楚優先順序，最簡單的方式就是加上括號：

>>> (5 < x) and (x < 10)True

以下是一些其他的測試：

>>> 5 < x or x < 10True>>> 5 < x and x > 10False>>> 5 < x and not x > 10True

80 | 第四章

如果你將多個比較式 and成為一個變數，Python可讓你這麼做：

>>> 5 < x < 10True

它的效果與 5 < x and x < 10一樣。你也可以編寫較長的比較式：

>>> 5 < x < 10 < 999True

什麼是 True？如果我們檢查的元素不是布林會怎樣？ Python是如何認定 True與 False的？

false值不一定非得是 False不可。例如，以下都會被視為 False：

布林 Falsenull None整數零 0浮點數零 0空字串 ''空串列 []空 tuple ()空字典 {}空集合 set()

所有其他的東西都會被視為 True。Python程式會使用這一種“true與否”的定義（或在這個例子中，“false與否”）來檢查空的資料結構以及 False條件：

>>> some_list = []>>> if some_list:... print("There's something in here")... else:... print("Hey, it's empty!")...Hey, it's empty!

如果你要測試的是一個運算式，而不是一個簡單的變數，Python會計算運算式，並回傳布林結果。所以，如果你輸入：

if color == "red":

Python會計算 color == "red"。在稍早的範例中，我們指派字串 "puce"給 color，所以color == "red"是 False，因此 Python會前往下一個測試：

elif color == "green":

Py之殼：程式結構 | 81

用 while來重複執行用 if、elif與 else來測試，程式會從上面執行下面。有時我們需要非一次性的東西。我們需要迴圈，而 Python最簡單的迴圈機制就是 while。使用互動式解譯器來嘗試以下範例，它是一個簡單的迴圈，會印出數字 1到 5：

>>> count = 1>>> while count <= 5:... print(count)... count += 1...12345>>>

我們先將 1指派給 count。while迴圈會比較 count的值是否為 5，如果 count小於或等於5，就會繼續執行。在迴圈中，我們印出 count的值，接著使用陳述式 count += 1將它的值加一。Python會回到迴圈的最上面，再次比較 count的值是否為 5。現在 count的值是 2，所以 while迴圈的內容還是會被執行，因此 count被遞增到 3。

它會繼續下去，直到迴圈最下面將 count由 5遞增到 6，在下一次回到最上面時，count <= 5會是 False，所以 while迴圈會結束。Python會前往下一行。

用 break來取消如果你希望迴圈在發生某個情況時停止，但不確定那件事會在什麼時候發生，可以使用

無窮迴圈以及一個 break陳述式。這次我們會用 Python的 input()函式來讀取一行鍵盤輸入的文字，將它的首字母改成大寫，並印出它。我們會在輸入一行只有 q這個字母的時候跳出：

>>> while True:... stuff = input("String to capitalize [type q to quit]: ")... if stuff == "q":... break... print(stuff.capitalize())...String to capitalize [type q to quit]: testTestString to capitalize [type q to quit]: hey, it worksHey, it works

82 | 第四章

String to capitalize [type q to quit]: q>>>

用 continue來跳過有時因為某些原因，你不想要跳出迴圈，只想要跳過下一次的迭代。以下是一個故意寫

成的範例，我們要讀取一個整數，如果它是奇數，就印出它的平方，如果它是偶數就跳

過它。我也在裡面加入一些註解。同樣的，我們會使用 q來停止迴圈：

>>> while True:... value = input("Integer, please [q to quit]: ")... if value == 'q': # quit... break... number = int(value)... if number % 2 == 0: # an even number... continue... print(number, "squared is", number*number)...Integer, please [q to quit]: 11 squared is 1Integer, please [q to quit]: 2Integer, please [q to quit]: 33 squared is 9Integer, please [q to quit]: 4Integer, please [q to quit]: 55 squared is 25Integer, please [q to quit]: q>>>

使用 else來檢查中斷如果 while迴圈正常結束（沒有呼叫 break），控制權會被傳給一個選用的 else。當你要編寫一個 while迴圈來尋找某些東西，並且在找到時馬上跳出來時，可以使用這種做法。如果 while迴圈完成，但沒有找到該物件，就會執行 else：

>>> numbers = [1, 3, 5]>>> position = 0>>> while position < len(numbers):... number = numbers[position]... if number % 2 == 0:... print('Found even number', number)... break... position += 1... else: # break not called

Py之殼：程式結構 | 83

... print('No even number found')

...No even number found

else的用法可能沒那麼容易理解，你可以將它想成中斷檢查器（break

checker）。

用 for來迭代基於很好的理由，Python經常會使用迭代器。迭代器可讓你在不知道資料結構有多大，

以及它們的實作方式的情況下遍歷它們。你甚至可以迭代動態建立的資料，處理不適合

被全部放在電腦記憶體內的資料串流。

在 Python中，以這種方式來逐一查看序列是合法的：

>>> rabbits = ['Flopsy', 'Mopsy', 'Cottontail', 'Peter']>>> current = 0>>> while current < len(rabbits):... print(rabbits[current])... current += 1...FlopsyMopsyCottontailPeter

但是我們有更好、更像 Python風格的方式：

>>> for rabbit in rabbits:... print(rabbit)...FlopsyMopsyCottontailPeter

像 rabbits這種串列是可迭代的 Python物件，另外還有字串、tuple、字典、集合，與一些其他的元素。迭代 tuple或串列時，每次會產生一個項目。迭代字串會一次產生一個字元，如下所示：

>>> word = 'cat'>>> for letter in word:

84 | 第四章

... print(letter)

...cat

迭代字典（或它的 keys()函式）會回傳鍵。這個範例的鍵是桌遊 Clue（Cluedo outside of North America）的卡片類型：

>>> accusation = {'room': 'ballroom', 'weapon': 'lead pipe', 'person': 'Col. Mustard'}>>> for card in accusation: # or, for card in accusation.keys():... print(card)...roomweaponperson

要迭代值，而不是鍵，你可以使用字典的 values()函式：

>>> for value in accusation.values():... print(value)...ballroomlead pipeCol. Mustard

要用 tuple來回傳鍵與值，你可以使用 items()函式：

>>> for item in accusation.items():... print(item)...('room', 'ballroom')('weapon', 'lead pipe')('person', 'Col. Mustard')

請記得，你可以用一個步驟來對一個 tuple賦值。將 items()回傳的 tuple的第一個值（鍵）指派給 card，第二個值（值）指派給 contents：

>>> for card, contents in accusation.items():... print('Card', card, 'has the contents', contents)...Card weapon has the contents lead pipeCard person has the contents Col. MustardCard room has the contents ballroom

Py之殼：程式結構 | 85

用 break來取消for迴圈內的 break會跳出迴圈，它在 while迴圈也是如此。

用 continue來跳過在 for迴圈中插入 continue會跳到下次迴圈迭代，如同它在 while迴圈內的動作。

使用 else來檢查中斷與 while很像，for有一個選用的 else，可檢查 for是否正常結束。如果它沒有執行

break，就會執行 else陳述式。

當你想要確認之前的 for迴圈已完全執行，而不是被 break提早停止時，可使用這個指令。以下範例中的 for迴圈會印出起司的名稱，如果起司店裡面有那一個起司的話，就會中斷迴圈：

>>> cheeses = []>>> for cheese in cheeses:... print('This shop has some lovely', cheese)... break... else: #沒有中斷代表沒有乳酪... print('This is not much of a cheese shop, is it?')...This is not much of a cheese shop, is it?

與 while一樣，同時使用 else與 for可能有點違反直覺。如果你將 for想

成尋找某個東西，在你沒有找到它的時候，就會呼叫 else，這樣會比較容

易理解。如果你想要在不使用 else的情況下，取得相同的效果，可使用

一些變數，來提示你是否在 for迴圈中找到想要的東西，如下所示：

>>> cheeses = []>>> found_one = False>>> for cheese in cheeses:... found_one = True... print('This shop has some lovely', cheese)... break...>>> if not found_one:... print('This is not much of a cheese shop, is it?')...This is not much of a cheese shop, is it?

86 | 第四章

用 zip()來迭代多個序列這裡還有一種很棒的迭代技巧：使用 zip()函式，以並行的方式來迭代多個序列：

>>> days = ['Monday', 'Tuesday', 'Wednesday']>>> fruits = ['banana', 'orange', 'peach']>>> drinks = ['coffee', 'tea', 'beer']>>> desserts = ['tiramisu', 'ice cream', 'pie', 'pudding']>>> for day, fruit, drink, dessert in zip(days, fruits, drinks, desserts):... print(day, ": drink", drink, "- eat", fruit, "- enjoy", dessert)...Monday : drink coffee - eat banana - enjoy tiramisuTuesday : drink tea - eat orange - enjoy ice creamWednesday : drink beer - eat peach - enjoy pie

zip()會在最短的序列結束時停止。這裡面有一個串列比其他的長（desserts），所以除非我們加長其他的串列，否則沒有人可以拿到 pudding。

第 58頁的“字典”告訴你如何使用 dict()函式，以兩個項目的序列來建立字典，例如tuple、串列，或字串。你可以使用 zip()來逐一查看多個序列，並且將同一個位移值的項目做成 tuple。我們來製作兩個英文與法文單字的 tuple：

>>> english = 'Monday', 'Tuesday', 'Wednesday'>>> french = 'Lundi', 'Mardi', 'Mercredi'

接下來使用 zip()來配對這些 tuple。zip()回傳的值本身並不是 tuple或串列，而是一個可迭代的合併值：

>>> list( zip(english, french) )[('Monday', 'Lundi'), ('Tuesday', 'Mardi'), ('Wednesday', 'Mercredi')]

直接將 zip()的結果傳入 dict()，看吧：一個小型的英法字典！

>>> dict( zip(english, french) ){'Monday': 'Lundi', 'Tuesday': 'Mardi', 'Wednesday': 'Mercredi'}

用 range()來產生數字序列range()函式會回傳指定範圍內的一串數字，讓你不需要先建立並儲存一個諸如串列或tuple等大型資料結構。這可以讓你創建廣大的範圍，且不必用到電腦的任何記憶體，讓你的程式當機。

Py之殼：程式結構 | 87

range()的用法很像 slice：range( start, stop, step )。如果你忽略 start，範圍會從 0開始。stop 是唯一必要的值，與 slice一樣，最後一個產生的值是 stop 的前一個。step的預設值是 1，但你可以使用 -1往回走。

如同 zip()，range()會回傳一個可迭代的物件，所以你要用 for ... in來逐一查看值，或將物件轉換成像串列一樣的序列。我們來製作範圍 0、1、2：

>>> for x in range(0,3):... print(x)...012>>> list( range(0, 3) )[0, 1, 2]

以下是製作範圍 2到 0的方式：

>>> for x in range(2, -1, -1):... print(x)...210>>> list( range(2, -1, -1) )[2, 1, 0]

以下的程式會使用 2的 step大小來取得 0到 10間的偶數：

>>> list( range(0, 11, 2) )[0, 2, 4, 6, 8, 10]

其他的迭代器

第八章會介紹迭代檔案的方式。在第六章，你會看到如何迭代自己定義的物件。

生成式

生成式是一種以一或多個迭代器來密集建立 Python資料結構的方式。藉由生成式，你可以結合迴圈與條件測試式，以減少繁瑣的語法。通常會使用生成式就代表你瞭解

Python的程度已經超越初學者等級了。也就是說，你寫的程式更具備 Python風格。